嵌入式系统基础知识
嵌入式系统设计师(基础知识、应用技术)合卷软件资格考试(中级)试卷与参考答案(2025年)
2025年软件资格考试嵌入式系统设计师(基础知识、应用技术)合卷(中级)模拟试卷(答案在后面)一、基础知识（客观选择题，75题，每题1分，共75分）1、嵌入式系统通常由哪些部分组成？（）A. 中央处理器（CPU）、存储器、输入/输出设备B. 中央处理器（CPU）、存储器、输入/输出设备、电源C. 中央处理器（CPU）、存储器、输入/输出设备、电源、操作系统D. 中央处理器（CPU）、存储器、输入/输出设备、电源、网络接口2、嵌入式系统设计时，以下哪种设计方法是最常用的？（）A. 传统的模块化设计B. 面向对象的编程设计C. 面向服务的架构（SOA）设计D. 软件即服务（SaaS）设计3、在嵌入式系统设计中，下列哪个处理器架构最常用于需要高性能与低功耗特性的设备？A. X86B. MIPSC. ARMD. PowerPC4、RTOS（实时操作系统）的主要特征是什么？A. 支持多任务处理B. 提供图形界面支持C. 确保关键任务在规定时间内完成D. 具备网络通讯功能5、以下哪种编程语言通常被用于嵌入式系统开发？（）A. JavaB. CC. PythonD. JavaScript6、嵌入式系统通常由以下几个部分组成，以下哪个不是嵌入式系统的组成部分？（）A. 中央处理单元（CPU）B. 存储器C. 输入/输出接口D. 主板7、在下列存储器中，存取速度最快的是：A. 硬盘存储器B. 内存储器C. 光盘存储器D. 软盘存储器8、下面关于微处理器的叙述中，错误的是：A. 微处理器通常使用单片机集成技术制造B. 它至少具有运算和控制功能，但不具备存储功能C. Pentium处理器是当前PC机中使用的微处理器之一D. 它用作嵌入式系统的中央处理器9、嵌入式系统中的中断服务程序（ISR）通常具有哪些特点？10、以下哪个不是嵌入式系统中的实时操作系统（RTOS）的特点？11、下列哪项不属于嵌入式系统的硬件组成部分？A、微处理器B、存储器C、操作系统D、输入/输出接口12、嵌入式系统的设计过程中，功耗是一个重要的考虑因素。
嵌入式系统设计的基础知识
嵌入式系统设计的基础知识嵌入式系统是指嵌入到其他设备中，完成特定功能的计算机系统。
常见的嵌入式系统包括智能手机、数字电视机顶盒、汽车电子、工业自动化等领域。
因为嵌入式系统通常空间、能耗、成本要求都非常严苛，所以它们和通用计算机相比有很多不同之处。
本文将从嵌入式系统设计的角度，介绍嵌入式系统设计的基础知识。
一、嵌入式系统的硬件设计基础知识嵌入式系统的硬件设计是指对嵌入式系统的各个硬件组成部分进行设计、选型、集成、排布的过程。
嵌入式系统的硬件设计必须考虑以下几个方面。
1.芯片选型单片机（MCU）是嵌入式系统常用的芯片，由于嵌入式系统对芯片的集成度要求很高，常用的MCU都集成了很多模拟和数字外设如模数转换器（ADC）、通用异步收发器（UART）、同步串行收发器（SPI）、I2C接口等，可以很方便地与外部设备进行通讯。
当然，其他器件如FPGA、DSP等也可以作为嵌入式系统的芯片。
2.电源选择嵌入式系统的电源选择不仅要考虑芯片的输入电压特性，还要考虑嵌入式系统的整体功耗和稳定性，特别是对于多电压需求的系统更要注意电源的设计。
3.尺寸和布局嵌入式系统的尺寸和布局既要考虑外部尺寸限制，又要考虑内部线路的布局和信号的传输特性。
因为一旦系统原型被制作出来，改动就会变得十分困难，这就要求硬件设计人员对布局的精确把握和对参数的准确计算。
4.时钟电路嵌入式系统内的各个部件需要同步，通常需要一个精确的时钟电路驱动。
在时钟电路的设计中，要考虑功耗、抗干扰性等因素。
二、嵌入式系统的软件设计基础知识嵌入式系统的软件设计是指嵌入式系统的固件设计、操作系统选择和软件架构的设计等多个方面。
在开发嵌入式系统时，软件设计是非常重要的一个环节。
1.固件设计在开发嵌入式系统时，需要编写固件程序，这是嵌入式系统的基础软件。
固件程序通常被编写在C语言或某些汇编语言中。
编写固件程序时，需要考虑程序的规模、执行速度、可维护性、代码安全性等多重因素。
软件资格考试嵌入式系统设计师(基础知识、应用技术)合卷(中级)试卷及答案指导(2025年)
2025年软件资格考试嵌入式系统设计师(基础知识、应用技术)合卷(中级)模拟试卷(答案在后面)一、基础知识（客观选择题，75题，每题1分，共75分）1、嵌入式系统通常指的是什么？A、运行在个人计算机上的操作系统B、运行在专用硬件平台上的软件系统C、用于数据处理的通用软件D、用于网络通信的软件系统2、以下哪个概念不属于嵌入式系统设计的关键要素？A、实时性B、资源优化C、可靠性D、用户界面友好性3、题干：在嵌入式系统中，通常使用哪种类型的微处理器？A. 通用微处理器B. 嵌入式微处理器C. 数字信号处理器D. 光子微处理器4、题干：在嵌入式系统设计中，以下哪种通信接口通常用于高速数据传输？A. SPI（串行外设接口）B. I2C（两线式串行接口）C. CAN（控制器局域网）D. USB（通用串行总线）5、以下关于嵌入式系统设计的基本概念，错误的是：A. 嵌入式系统通常由硬件和软件两部分组成B. 嵌入式系统通常具有实时性要求C. 嵌入式系统设计过程中，硬件和软件的设计往往是相互独立的D. 嵌入式系统通常具有有限的资源6、在嵌入式系统设计中，以下哪个技术用于提高系统的可靠性和稳定性？A. 双机热备份B. 软件冗余C. 实时操作系统D. 硬件冗余7、嵌入式系统中的中断服务程序（ISR）通常采用以下哪种优先级管理方式？A. 固定优先级B. 动态优先级C. 分级优先级D. 无优先级8、在嵌入式系统中，以下哪种存储器在系统运行时不能被重新编程？A. ROM（只读存储器）B. RAM（随机存储器）C. EEPROM（电可擦可编程只读存储器）D. Flash Memory（闪存）9、嵌入式系统中的“中断服务程序”（Interrupt Service Routine，ISR）主要作用是什么？10、以下哪项不是嵌入式系统设计中常见的硬件抽象层（HAL）的功能？11、题目：嵌入式系统通常由哪些主要组成部分构成？A. 微处理器、存储器、输入输出接口、电源B. 微控制器、操作系统、通信接口、应用软件C. 处理器、总线、内存、I/O设备D. 中央处理器、外部设备、操作系统、编程语言12、题目：以下哪个是嵌入式系统的典型应用？A. 智能家居系统B. 计算机操作系统C. 高速互联网交换机D. 大型数据库管理系统13、嵌入式系统中的中断服务程序（ISR）通常具有哪些特点？A. 优先级固定，不可改变B. 执行时间短，响应速度快C. 可由用户自定义执行流程D. 必须在主程序中显式调用14、在嵌入式系统中，以下哪种存储器类型适合用于存储程序代码？A. RAMB. ROMC. EEPROMD. Flash Memory15、嵌入式系统中的实时操作系统（RTOS）与传统操作系统的主要区别是什么？16、在嵌入式系统中，为什么通常使用C语言进行编程？17、嵌入式系统中的中断处理通常采用哪种方式来确保中断服务程序（ISR）能够及时响应？A. 优先级中断B. 中断嵌套C. 中断向量表D. 硬件优先级18、在嵌入式系统设计中，下面哪个不是影响系统实时性的因素？A. CPU的性能B. 外设的响应速度C. 操作系统的调度策略D. 电源的稳定性19、题目：嵌入式系统设计中，实时操作系统（RTOS）与传统操作系统的区别主要在于：A. 实时性要求B. 用户界面C. 处理器架构D. 存储管理 20、题目：在嵌入式系统设计中，以下哪项技术不属于嵌入式系统硬件设计领域？A. 硬件电路设计B. 微处理器选型C. 软件编程D. 电源设计21、题目：在嵌入式系统中，以下哪个组件是负责处理CPU和外设之间的数据传输？A. 总线控制器B. 存储器控制器C. 通信接口D. 输入输出设备22、题目：以下哪种技术常用于嵌入式系统的实时性能优化？A. 多任务处理B. 代码优化C. 事件驱动D. 硬件加速23、嵌入式系统中，以下哪个部件负责存储和管理程序代码和数据处理？A. 微处理器（CPU）B. 外部存储器（如硬盘、U盘）C. 存储器（RAM、ROM）D. 输入输出设备（如键盘、显示器）24、以下哪种通信接口在嵌入式系统中广泛应用于串行通信？A. USBB. I2CC. SPID. CAN25、题目：以下哪个是嵌入式系统的基本组成部分？A. 处理器、存储器、输入输出设备B. 电源、控制器、执行器C. 硬件、软件、接口D. 系统软件、应用软件、网络26、题目：以下哪个不是嵌入式系统的特点？A. 实时性B. 可靠性C. 便携性D. 开放性27、嵌入式系统设计过程中，功耗管理是一个重要环节，以下哪种方法不是降低功耗的有效措施？A. 提高处理器的主频以加快任务处理速度B. 使用动态电压调节技术C. 在不使用时关闭不需要的外设D. 使用低功耗的硬件组件28、在嵌入式系统开发中，RTOS是指什么？A. 实时操作系统B. 可编程逻辑控制器C. 图形用户界面D. 高级程序设计语言29、嵌入式系统中的“裸机”指的是什么？30、以下哪个不是嵌入式系统的特点？A. 实时性B. 专用性C. 网络通信能力D. 系统资源丰富31、在嵌入式系统中，以下哪种存储器是非易失性的，并且可以进行电擦除和重写？A. SRAMB. DRAMC. EEPROMD. Flash32、关于中断处理，下列哪一项描述是不正确的？A. 中断向量表存放了中断服务程序的入口地址。
嵌入式的有关知识
嵌入式的有关知识1.什么是嵌入式？嵌入式的定义与特点？(1) 嵌入式系统的定义按照历史性、本质性、普遍性要求，嵌入式系统应定义为：“嵌入到对象体系中的专用计算机系统”。
“嵌入性”、“专用性”与“计算机系统”是嵌入式系统的三个基本要素。
对象系统则是指嵌入式系统所嵌入的宿主系统。
(2) 嵌入式系统的特点嵌入式系统的特点与定义不同，它是由定义中的三个基本要素衍生出来的。
不同的嵌入式系统其特点会有所差异。
与“嵌入性”的相关特点：由于是嵌入到对象系统中，必须满足对象系统的环境要求，如物理环境（小型）、电气/气氛环境（可靠）、成本（价廉）等要求。
与“专用性”的相关特点：软、硬件的裁剪性；满足对象要求的最小软、硬件配置等。
与“计算机系统”的相关特点：嵌入式系统必须是能满足对象系统控制要求的计算机系统。
与上两个特点相呼应，这样的计算机必须配置有与对象系统相适应的接口电路。
另外，在理解嵌入式系统定义时，不要与嵌入式设备相混淆。
嵌入式设备是指内部有嵌入式系统的产品、设备，例如，内含单片机的家用电器、仪器仪表、工控单元、机器人、手机、PDA 等。
2.什么是嵌入式系统嵌入式系统是以应用为中心，以计算机技术为基础，并且软硬件可裁剪，适用于应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗有严格要求的专用计算机系统。
它一般由嵌入式微处理器、外围硬件设备、嵌入式操作系统以及用户的应用程序等四个部分组成，用于实现对其他设备的控制、监视或管理等功能。
3.什么是嵌入式操作系统？与其他操作系统相比，嵌入式有那些优势？嵌入式操作系统EOS（Embedded Op eratingSystem）是一种用途广泛的系统软件，过去它主要应用于工业控制和国防系统领域。
EOS负责嵌入系统的全部软、硬件资源的分配、调度工作，控制协调并发活动；它必须体现其所在系统的特征，能够通过装卸某些模块来达到系统所要求的功能。
嵌人式操作系统在系统实时高效性、硬件的相关依赖性、软件固态化以及应用的专用性等方面具有较为突出的特点。
嵌入式系统设计师核心讲义概要
嵌入式系统基础知识1.1嵌入式系统的定义和组成一、嵌入式系统的定义1.IEEE定义2.国内定义二、嵌入式系统的发展概述1.嵌入式系统的发展历史2.嵌入式系统的发展趋势3.知识产权核三、嵌入式系统的组成1.概述2.硬件层3.中间层4.系统软件层5.应用软件层四、实时系统1.实时系统定义2.实时系统特点3.实时系统调度4.实时系统分类5.实时任务分类1.2 嵌入式微处理器体系结构一、冯诺依曼与哈佛结构1.冯诺依曼结构2.哈佛结构二、CISC与RISC1.复杂指令集计算机(CISC)2.精简指令集计算机(RISC)三、流水线技术1.流水线的基本概念2.流水线技术的特点3.流水线结构的分类4.流水线处理机的主要指标四、信息存储的字节顺序1.大端和小端存储法2.可移植性问题3.通信中的存储顺序问题4.数据格式的存储顺序1.3 嵌入式系统的硬件基础一、组合逻辑电路基础1.组合逻辑电路概述2.真值表3.布尔代数4.门电路5.译码器6.数据选择器和数据分配器二、时序逻辑电路1.时钟信号2.触发器3.寄存器与移位器4.计数器三、总线电路及信号驱动1.总线2.三态门3.总线的负载能力4.单向和双向总线驱动器5.总线复用6.总线通信协议7.总线仲裁四、电平转换电路1.数字集成电路的分类2.常用数字集成电路逻辑电平接口技术五、可编程逻辑器件基础1.可编程逻辑器件（PLD）概述2.PLD的电路表示法3.可编程阵列逻辑器件PAL和可编程逻辑阵列PLA4.可编程通用阵列逻辑器件GAL5.门阵列GA6.可编程程序门阵列PGA1.4嵌入式系统中信息表示和运算基础一、进位计数制与转换1.二进制2.十六进制3.数制表示4.数制转换二、计算机中数的表示1.基本概念2.数的定点和浮点表示三、非数值数据编码1.非数值数据定义2.字符和字符串的表示方法3.汉字的表示方法4.统一代码5.语音编码四、差错控制编码1.引入2.基本原理3.差错控制码分类4.常用的差错控制编码1.5嵌入式系统的性能评价一、质量项目1.性能指标2.可靠性与安全性3.可维护性4.可用性5.功耗6.环境适应性7.通用性8.安全性9.保密性10.可扩展性11.其他指标二、评价方法1.测量法2.模型法三、评估嵌入式系统处理器的主要指标1.MIPS测试基准2.Dhrystone3.EEMBC嵌入式微处理器与接口知识2.1嵌入式微处理器的结构和类型一、嵌入式微处理器1.定义2.组成3.分类二、典型8位微处理器结构和特点1.8位微处理器2.8051微处理器三、典型16位微处理器结构和特点1.16位微处理器2.16位微处理器MC68HC912DG128A四、典型32位微处理器结构和特点1.ARM处理器2.MIPS系列3.PowerPC五、DSP处理器结构和特点1.数字信号处理器的特点2.典型的数字信号处理器3.DSP的发展方向六、多核处理器的结构和特点1.多核处理器概述2.典型多核处理器介绍2.2嵌入式系统的存储体系一、存储器系统概述1.存储器系统的层次结构2.高速缓存（cache）3.存储管理单元MMU二、嵌入式系统存储设备分类1.嵌入式系统的存储器2.存储器部件的分类3.存储器的组织和结构的描述三、ROM的种类和选型1.常见ROM的种类2.PROM、EPROM、E2PROM型ROM的各自典型特征和不同点四、Flash Memory的种类和选型1.Flash Memory的种类（NOR和NAND型）2.NOR和NAND型Flash Memory各自的典型特征和不同点五、RAM的种类和选型1.常见RAM的种类（SRAM、DRAM、DDRAM）2.SRAM、DRAM、DDRAM各自的典型特征和不同点六、外部存储器的种类和选型1.外存概述2.硬盘存储器的基本结构与分类3.光盘存储器4.标准存储卡（CF卡）5.安全数据卡（SD卡）2.3嵌入式系统输入输出设备一、嵌入式系统常用输入输出设备1.概述2.键盘、鼠标3.触摸屏4.显示器5.打印机6.图形图像摄影输入设备二、GPIO原理与结构1.原理2.结构三、AD接口的基本原理和结构1.概述2.AD转换方法3.AD转换的重要指标四、DA接口的基本原理和结构1.DA转换的工作原理2.DA转换的主要指标五、键盘接口基本原理与结构1.键盘的分类2.用ARM芯片实现键盘接口六、显示接口的基本原理与结构1.液晶显示器LCD显示接口原理与结构2.电致发光3.LCD种类4.LCD的设计方法5.其他显示接口原理与结构七、显示接口的基本原理与结构1.触摸屏原理2.电阻触摸屏的有关技术3.触摸屏的控制4.触摸屏与显示屏的配合八、音频接口基本原理与结构1.音频数据类型2.IIS音频接口总线2.4嵌入式系统总线接口一、串行接口基本原理与结构1.串行通信的概念2.串行数据传送模式3.RS232串行接口4.RS422串行接口5.RS485串行总线接口二、并行接口基本原理与结构1.并行接口的分类2.并行总线三、PCI总线1.概述2.特点3.32位PCI系统的引脚分类4.PCI总线进行读操作四、USB通用串行总线1.概念2.主要性能特点B系统描述4.物理接口B电压规范6.总线协议7.健壮性B接口工作原理五、SPI串行外围设备接口1.概念2.使用信号3.同外设进行连接以及原理4.工作模式六、IIC总线1.概念2.特点3.操作模式4.通用传输过程及格式5.工作原理七、PCMCIA接口1.内存卡的种类2.16位PCMCIA接口的规范与结构2.5嵌入式系统网络接口一、以太网接口基本原理与结构1.以太网基础知识2.嵌入式以太网接口的实现方法3.在嵌入式系统中主要处理的以太网协议4.网络编程接口二、CAN总线1.概念2.特点3.位时间的组成4.CAN总线的帧数据格式5.在嵌入式处理器上扩展CAN总线接口三、XDSL接口的基本原理和结构1.概念2.XDSL技术的分析3.各类XDSL的特点四、无线以太网基本原理与结构1.概念2.标准3.网络结构4.接口设计和调试五、蓝牙接口基本原理与结构1.蓝牙技术2.蓝牙技术的特点3.蓝牙接口的组成4.链路管理与控制5.蓝牙接口的主要应用六、1394接口基本原理与结构1.发展过程2.应用领域3.IEEE 1394的特点4.IEEE 1394的协议结构2.6嵌入式系统电源一、电源接口技术1.AC电源2.电池3.稳压器二、电源管理技术1.电源管理技术2.降低功耗的设计技术2.7电子电路设计基础一、电路设计1.电路设计原理2.电路设计方法（有效步骤）二、PCB电路设计1.PCB设计原理2.PCB设计方法（有效步骤）3.多层PCB设计的注意事项（布线的原则）4.PCB螯合剂中的可靠性知识三、电子设计1.电子设计原理四、电子电路测试1.电子电路测试原理与方法2.硬件抗干扰测试嵌入式系统软件及操作系统知识3.1嵌入式软件基础一、嵌入式软件概述1.嵌入式软件的定义2.嵌入式软件的特点二、嵌入式软件分类1.系统软件2.应用软件3.支撑软件三、嵌入式软件的体系结构1.无操作系统的情形2.有操作系统的情形四、设备驱动层1.板级支持包2.引导加载程序3.设备驱动程序五、嵌入式中间件1.定义2.基本思想3.分类3.2嵌入式操作系统概述一、嵌入式操作系统的概念1.概述2.功能3.特点4.组件二、嵌入式操作系统的分类1.按系统的类型分类2.按响应时间分类3.按软件结构分类三、常见的嵌入式操作系统1.Vxworks2.嵌入式linux3.Windows CE4.Uc/os-II5.Palm OS3.3任务管理一、单道程序技术和多道程序技术1.定义2.实例二、进程、线程和任务1.进程2.线程3.任务三、任务的实现1.任务的层次结构2.任务的创建与终止3.任务的状态4.任务控制块TCB5.任务切换6.任务队列四、任务调度1.任务调度概述2.先来先服务算法3.短作业优先算法4.时间片轮转算法5.优先级算法五、实时系统调度1.任务模型2.RMS算法（单调速率调度算法）3.EDF算法（最早期限优先调度算法）六、任务间的同步与互斥1.任务之间的关系2.任务互斥3.任务互斥的解决方案4.信号量5.任务同步6.死锁7.信号七、任务间通信1.概念2.分类3.共享内存4.消息传递5.管道3.4存储管理一、存储管理概述1.存储管理方式2.内存保护3.实时性要求二、存储管理方案的种类1.实模式方案2.保护模式方案三、分区存储管理1.概念2.固定分区存储管理3.可变分区存储管理4.分区存储管理实例四、地址映射1.地址映射概述2.静态地址映射3.动态地址映射五、页式存储管理1.基本原理2.数据结构3.内存的分配与回收4.地址映射5.页式存储管理方案的特点六、虚拟存储管理1.程序局部性原理2.虚拟页式存储管理3.页面置换算法4.工作集模型3.5设备管理一、设备管理基础1.概述2.访问硬件寄存器的方法二、IO控制方式1.程序循环检测方式2.中断驱动方式3.直接内存访问方式（DMA）三、IO软件1.中断处理程序2.设备驱动程序3.设备独立的IO软件4.用户空间的IO软件3.6文件系统一、嵌入式文件系统概述1.基本概念2.嵌入式文件系统同桌面文件系统的区别3.常见的嵌入式文件系统二、文件和目录1.文件的基本概念2.文件的使用3.目录三、文件系统的实现1.数据块2.文件的实现3.目录的实现4.空闲空间管理嵌入式软件程序设计4.1嵌入式软件开发概述一、嵌入式应用开发过程1.步骤2.与桌面系统开发的区别3.示例二、嵌入式软件开发的特点1.需要交叉编译工具2.通过仿真手段调试3.开发板是中间目标机4.可利用的资源有限5.需要与硬件打交道三、嵌入式软件开发的挑战1.软硬件协同设计2.嵌入式操作系统3.代码优化4.有限的IO功能4.2嵌入式程序设计语言一、概述二、程序设计语言概述1.低级语言与高级语言2.汇编程序、编译程序、解释程序3.程序设计语言的定义4.程序语言的发展概述5.嵌入式程序设计语言三、汇编语言1.基本原理2.ARM汇编语言四、面向过程的语言1.基本概念2.数据成分3.运算成分程序语言的运算成分4.控制成分五、面向对象的语言1.面向对象的基本概念2.面向对象的程序设计语言六、汇编、编译与解释程序的基本原理1.汇编程序基本原理2.编译程序基本原理3.解释程序基本原理4.3嵌入式软件开发环境一、要求二、宿主机、目标机1.宿主机2.目标机3.宿主机与目标机的连接三、嵌入式软件开发工具1.软件开发阶段2.编辑器3.编译器4.调试及调试工具5.软件工程工具四、集成开发环境1.IDE的发展2.Tornado3.WindowsCE应用程序开发工具4.Linux环境下的集成开发环境4.4嵌入式软件开发一、嵌入式平台选型1.嵌入式系统设计的阶段2.软硬件平台的选择二、软件设计1.软件设计的任务2.模块结构设计3.结构化软件设计方法4.面向对象软件设计方法三、嵌入式程序设计1.BootLoader设计2.设备驱动程序设计3.网络应用程序设计四、编码1.编码过程2.编码准则3.编码技术五、测试1.软件测试2.测试的任务3.测试的方法和分类4.嵌入式软件测试的步骤5.覆盖测试六、下载和运行1.TFTP2.编程器的固化4.5嵌入式软件移植一、概述1.嵌入式软件的特点2.可移植性和可重用性的考虑3.嵌入式应用软件的开发4.嵌入式软件的移植二、无操作系统的软件移植1.概述2.基于层次化的嵌入式应用软件的设计三、有操作系统的软件移植1.概述2.示例四、应用软件的移植1.应用软件实现涉及的两方面2.移植应用软件是需考虑的因素3.软件开发时需遵守的原则嵌入式系统开发与维护知识5.1系统开发过程及其项目管理一、概述二、系统开发生命周期各阶段的目标和任务的划分方法1.常用开发模型1.1边做边修改模型1.2瀑布模型1.3快速原型模型1.4增量模型1.5螺旋模型1.6演化模型2.需求分析3.设计3.1系统架构设计3.2硬件子系统设计3.3软件子系统设计4.系统集成与测试三、系统开发项目管理基础知识及常用的管理工具1.项目管理概述2.项目范围管理3.项目成本管理4.项目时间管理5.软件配置管理6.软件配置管理的解决方案四、系统开发工具与环境知识1.建模工具2.编程工具3.测试工具5.2系统分析基础知识一、系统分析的目的和任务1.需求工程的概念2.相关术语二、用户需求1.概念2.关于Ada编程环境的需求示例3.编辑软件设计模型的CASE需求文档的示例4.特别的用户需求示例三、系统需求1.概念2.替代自然语言描述的系统分析方法四、系统规格说明书的编写方法1.系统规格说明书2.书写用户需求应遵循的简单原则3.需求文档的可能用户以及使用文档的方式4.Heninger（1980）对软件需求文档提出的要求5.IEEE标准为需求文档提出的结构6.编写系统规格说明书应重点注意的内容5.3系统设计知识一、传统的设计方法1.瀑布模型的组成部分2.瀑布模型法的优缺点3.传统的嵌入式系统的设计4.软硬件协同设计二、实时系统分析与设计1.实时系统分析阶段的主要任务2.实时系统的开发方法三、软硬件协同设计方法1.软硬件协同设计在实际应用中的表现2.软硬件协同设计的流程3.软硬件协同设计的优点4.系统涉及到组成部分5.4系统实施基础一、系统架构设计1.系统架构设计在软件生命周期中的作用2.系统架构设计原则和概念二、系统详细设计1.系统详细设计在软件生命周期中的作用2.系统详细设计阶段用到的设计方法概述三、系统测试1.系统测试在软件生命周期中的作用2.系统测试类型3.系统测试的策略5.5系统维护知识一、系统运行管理1.运行管理制度2.日常运行管理内容3.系统软件及文档管理二、系统维护知识1.系统可维护性概念2.系统维护的内容及类型3.系统维护的管理和步骤三、系统评价知识1.系统评价的目的和任务2.系统评价的指标嵌入式系统设计6.1嵌入式系统设计的特点一、嵌入式系统设计的主要任务二、嵌入式系统的设计方法三、嵌入式系统的特点1.软硬件协调并行开发2.嵌入式系统通常是面向特定应用的系统3.实时嵌入式操作系统的多样性RTOS4.与台式机相比，可利用资源很少5.嵌入式系统设计需要交叉开发环境6.嵌入式系统的程序需要固化7.嵌入式系统的软件开发难度较大8.嵌入式应用软件的开发需要强大的开发工具和操作系统的支持9.其他方面6.2嵌入式系统的设计流程一、概述1.嵌入式系统的设计和开发要求2.嵌入式系统的设计和开发流程的阶段二、产品定义1.产品功能与产品性能2.产品定义三、嵌入式系统的软硬件划分1.性能原则2.性价比原则3.资源利用率原则四、嵌入式系统硬件设计1.概述2.嵌入式系统硬件的选择3.硬件功能模块划分4.硬件的可靠性五、嵌入式系统的软件设计1.嵌入式开发过程中的角色2.进行嵌入式系统软件设计时需要考虑的方面六、系统集成和测试1.系统集成过程中，可以分阶段运行测试程序2.嵌入式系统集成过程中的调试工具3.嵌入式系统的软件测试的方法6.3设计示例：嵌入式数控系统一、嵌入式系统采用的设计方法1.传统设计方法2.软硬件协同设计方法二、数控系统简介1.概述C系统构成三、需求分析1.功能要求2.非功能要求四、系统体系结构设计1.系统软硬件划分2.硬件系统划分3.系统软件功能划分五、硬件设计1.板级设计2.芯片级硬件设计六、软件设计1.软件接口设计2.系统软件模块划分七、系统集成与测试1.功能干涉测试2.压力测试3.容量测试4.性能测试5.安全测试6.容错测试。
嵌入式系统基础知识考试
嵌入式系统基础知识考试（答案见尾页）一、选择题1. 嵌入式系统的核心是什么？A. 中央处理器（CPU）B. 内存（RAM）C. 输入输出设备D. 操作系统和软件2. 嵌入式系统的显著特点包括：A. 低功耗B. 高性能C. 可定制性D. 上下文感知3. 在嵌入式系统中，通常使用哪种编程语言进行开发？A. 汇编语言B. C语言C. JavaD. Python4. 嵌入式系统通常用于哪些领域？A. 消费电子产品B. 工业控制系统C. 汽车电子D. 以上都是5. 下列哪个不是嵌入式系统的组成部分？A. 微控制器（MCU）B. 存储器C. 显示屏D. 键盘和鼠标6. 在嵌入式系统设计中，硬件和软件是如何相互作用的？A. 硬件负责数据处理和控制，软件负责程序执行和用户交互。
B. 软件负责硬件管理，硬件负责数据存储和处理。
C. 硬件和软件完全独立，互不干扰。
D. 硬件和软件相互依赖，共同工作。
7. 嵌入式系统中的实时性是指什么？A. 系统能够在预定时间内响应外部事件。
B. 系统能够处理大量数据。
C. 系统具有高度可扩展性。
D. 系统具有高可靠性。
8. 在嵌入式系统开发过程中，调试是一个重要环节。
常用的调试方法有哪些？A. 使用调试器B. 使用打印语句C. 使用模拟器D. 以上都是9. 嵌入式系统的低功耗设计通常涉及哪些方面？A. 选择低功耗的微处理器B. 优化代码以减少能耗C. 使用高效的电源管理模块D. 以上都是10. 在嵌入式系统应用中，如何确保系统的安全性和可靠性？A. 使用高质量的组件和材料B. 定期进行系统更新和维护C. 实施严格的安全措施，如防火墙和加密技术D. 以上都是11. 嵌入式系统的基本工作原理是什么？A. 单任务处理B. 多任务处理C. 实时处理D. 分布式处理12. 嵌入式系统的硬件通常包括哪些组件？A. CPU、内存、I/O设备B. CPU、内存、操作系统C. CPU、内存、软件D. CPU、内存、网络接口卡13. 下列哪个不是嵌入式系统的特点？A. 低功耗B. 高性能C. 紧凑的存储空间D. 可靠性高14. 在嵌入式系统中，常用的操作系统有哪些？A. Windows CEB. LinuxC. VxWorksD. all of the above15. 嵌入式系统中的软件通常分为哪几类？A. 系统软件和应用软件B. 驱动程序、中间件和应用软件C. 系统软件、中间件和应用软件D. 操作系统、驱动程序和应用软件16. 在嵌入式系统的开发过程中，常用的编程语言有哪几种？A. CB. C++C. JavaD. Python17. 嵌入式系统在智能家居中的应用有哪些？A. 智能家电控制B. 安全监控C. 能源管理D. 上述所有18. 在设计嵌入式系统时，需要考虑的主要因素有哪些？A. 性能、成本、可用性B. 成本、功耗、安全性C. 性能、功耗、安全性D. 性能、成本、安全性19. 嵌入式系统的特点是？A. 高度集成B. 高速运行C. 易于维护D. 以上都是20. 嵌入式系统中的“嵌入式”一词指的是什么？A. 系统可以嵌入其他系统中B. 系统可以独立运行C. 系统体积小，适合嵌入其他设备中D. 系统对外部环境敏感21. 在嵌入式系统中，哪种类型的存储器通常用于存储程序和数据？A. 随机存取存储器（RAM）B. 只读存储器（ROM）C. 闪存（Flash Memory）D. 硬盘驱动器（HDD）22. 嵌入式系统开发中常用的编程语言有哪几种？A. C语言B. C++C. JavaD. Python23. 在嵌入式系统设计中，硬件和软件的协同工作是非常重要的。
嵌入式操作系统基础知识
嵌入式操作系统基础知识嵌入式操作系统是指运行在嵌入式系统中的操作系统。
它是一种特殊的操作系统，具有高度的实时性、可靠性和稳定性，应用于嵌入式系统领域。
嵌入式操作系统的基础知识包括操作系统的概念、嵌入式系统的特点、嵌入式操作系统的分类、嵌入式操作系统的设计原则以及嵌入式操作系统的应用等方面。
首先，操作系统是指管理计算机软硬件资源、控制程序运行、为用户提供接口的系统软件。
在嵌入式系统中，操作系统需要具有高度的实时性和可靠性，能够适应各种硬件平台和应用环境。
其次，嵌入式系统的特点主要包括资源受限、功耗低、体积小、价格低等方面。
这些特点对于嵌入式操作系统的设计和实现都提出了更高的要求。
嵌入式操作系统可以分为裸机操作系统和实时操作系统两种。
裸机操作系统是指没有任何操作系统支持的程序设计，程序本身必须包括对外设的访问和处理，开发难度较大；实时操作系统是指具有高度实时性的操作系统，其特点是实时性好、可靠性高、效率高，常用于控制系统等领域。
常见的实时操作系统包括VxWorks、RTLinux等。
嵌入式操作系统的设计原则主要包括简洁、高效、可靠、可移植等方面。
简洁是指嵌入式操作系统的核心功能尽量简单，代码量要小；高效是指嵌入式操作系统要具有快速响应、占用空间小等特点；可靠是指嵌入式操作系统要具有稳定性、可用性、可维护性等特点；可移植是指嵌入式操作系统应该能够适应各种硬件平台和应用环境。
嵌入式操作系统的应用广泛，包括通信设备、工业自动化、医疗设备、汽车电子、智能家居等领域。
例如，手机中的操作系统就是嵌入式操作系统之一。
总之，嵌入式操作系统是一个广泛应用于嵌入式系统领域的特殊操作系统，具有高度的实时性、可靠性和稳定性。
在嵌入式操作系统的设计和实现中，需要遵循简洁、高效、可靠、可移植等设计原则。
嵌入式操作系统的应用范围广泛，在各种电子产品中都有应用。
嵌入式教学大纲
嵌入式教学大纲嵌入式教学大纲嵌入式系统是现代科技领域中的一个重要分支，它涉及到硬件和软件的结合，广泛应用于各个领域。
为了培养学生对嵌入式系统的深入理解和实践能力，制定一份完善的嵌入式教学大纲显得尤为重要。
一、引言嵌入式系统的概念和发展历程。
嵌入式系统在现代科技中的重要性和应用领域。
二、基础知识1. 计算机体系结构和原理：介绍计算机体系结构和原理，包括中央处理器、存储器、输入输出设备等基本组成部分。
2. C语言基础：学习C语言的基本语法、数据类型、运算符、流程控制等知识，为后续嵌入式编程打下基础。
3. 电子电路基础：了解电子电路的基本原理、元件和电路分析方法，为嵌入式系统硬件设计打下基础。
三、嵌入式系统设计1. 嵌入式系统架构：介绍嵌入式系统的基本架构和组成，包括处理器选择、操作系统、外设等。
2. 嵌入式系统硬件设计：学习嵌入式系统硬件设计的基本原理和方法，包括电路设计、电源管理、外设接口等。
3. 嵌入式系统软件设计：学习嵌入式系统软件设计的基本原理和方法，包括嵌入式操作系统、驱动程序、应用程序等。
四、嵌入式系统应用开发1. 嵌入式系统开发环境：介绍嵌入式系统开发所需的硬件和软件环境，包括开发板、编译器、调试工具等。
2. 嵌入式系统应用开发：学习嵌入式系统应用开发的基本原理和方法，包括传感器接口、通信协议、数据处理等。
3. 嵌入式系统测试与调试：学习嵌入式系统的测试和调试方法，包括仿真调试、硬件调试、软件调试等。
五、嵌入式系统案例分析通过实际案例分析，深入了解嵌入式系统在不同领域的应用，如智能家居、智能交通、医疗设备等，掌握嵌入式系统设计和开发的实践经验。
六、嵌入式系统项目实践学生通过团队合作，选择一个嵌入式系统项目进行实践，包括需求分析、系统设计、硬件开发、软件开发、测试调试等环节，培养学生的实践能力和团队协作能力。
七、嵌入式系统创新设计学生通过自主选题，进行嵌入式系统的创新设计，包括问题定义、方案设计、实现验证等步骤，培养学生的创新思维和解决实际问题的能力。
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执行
从存储器向数据通道寄存器移动数据
控制单元
处理器
控制/状态
数据通道
数字逻辑单元
控制器 寄存器
PC→100
IR load R0, M[500] load R0, M[500] inc R1, R0 store M[501], R1
R0 I/O 存储器 500 10 ...
R1
100 101 102
小端模式
低地址中存放字数据的低字节
高地址中存放字数据的高字节
高地址 31
24 23 11 7 3 10 6 2
16 15
9 5 1
8 7
8 4 0
低地址
0 字地址 8 4 0
举例，双字节数0x1234以little-endian的方式存在起始地
址0x00002000中： | data |<-- address | 0x34 |<-- 0x00002000 | 0x12 |<-- 0x00002001
1．RTOS是嵌入式应用软件的基础和开发平台 2．FS是操作系统用于明确磁盘或分区上的文件的方法 和数据结构；即在磁盘上组织文件的方法。 3．GUI 是 Graphical User Interface 的简称，即图形 用户接口，准确来说 GUI 就是屏幕产品的视觉体验和 互动操作部分。 4．TCP/IP协议包简称Ip Pack，IP Pack是TCP/IP网络 协议软件，通常作为操作系统的一个重要组成部分。
处理器 控制单元 控制器 控制/状态
数据通道 数字逻辑单元
寄存器 程序计数器 PC 指令寄存器 IR I/O 存储器 程序存储器 数据存储器 R0
。 Rn R1 。。
2. 处理器指令执行过程
指令执行过程一般分为： 取指 从存储器中获得下一条执行的指令读入指令寄存器 PC: 程序计数器, 总是指向下一条将要执行的指令 IR: 指令寄存器，用于保持已取得指令 译码 解释指令，决定指令的执行意义 执行 从存储器向数据通道寄存器移动数据 通过算术逻辑单元ALU进行数据操作 存储 从寄存器向存储器写数据
Instruction Set
Computer)
指令数目少，在通道中只包含最有用的指令 执行时间短，确保数据通道快速执行每一条指令 使CPU硬件结构设计变得更为简单 每条指令都采用标准字长
CISC与RISC的区别
从硬件角度来看CISC处理的是不等长指令集，它必
须对不等长指令进行分割，因此在执行单一指令的时 候需要进行较多的处理工作。而RISC执行的是等长 精简指令集，CPU在执行指令的时候速度较快且性能 稳定。
如果没有，称为高速缓存失误——拷贝没在缓存中
，需要将该地址及其相邻的多个地址的数据读入高 速缓存
（4） 高速总线和总线桥
CPU 高速总线 桥
低速设备 低速总线
存储器
高速设备
数据 低速设备
5. 处理器信息存储的字节顺序
处理器信息存储的字节顺序主要分为大端存储法和 小端存储法 大端模式
字数据的高位字节存储在低地址中 字数据的低字节则存放在高地址中
硬件相关的设备驱动程序
与初始化过程相反，硬件相关的设备驱动程序的初始 化和使用通常是一个从高层到底层的过程。
BSP不直接使用设备驱动程序通常
与操作系统中通用的设备驱动程序关联起来，在应用 中由通用的设备驱动程序调用，实现对硬件设备的操作
2.1.3 系统软件层
系统软件由操作系统（OS）、文件系统（FS）、图 形用户接口（GUI）、网络系统（NM）及通用组件 模块（如TCP/IP协议包）等组成。
2.2.2 存储Βιβλιοθήκη 系统1．存储器的分类 按存储介质分类
半导体存储器、磁表面存储器、光表面存储器
应用程序
图形用户 接口 任务管理
实时操作系统 ( RTOS )
BSP / HAL （板极支持包 / 硬件抽象层）
硬件层
D/A A/D I/ O
通用接口 嵌入式 ROM 微处理 SDRAM 器 人机交互接口 嵌入式计算机系统
2.1 嵌入式系统的总体结构
目前所提及的嵌入式系统一般指嵌入式计算机系统，
主要包括：硬件层、中间层、系统软件层和应用层4 个部分。
嵌入式硬件主要包括提供嵌入式计算机正常运行的最
小系统（如电源、系统时钟、复位电路、存储器等） 、通用I/O口和一些外设及其它设备。嵌入式系统中 间层又称嵌入式硬件抽象层，如硬件驱动程序、系统 启动软件等；嵌入式系统软件层为应用层提供系统服 务，如操作系统、文件系统、图形用户接口等；而应 用层主要是用户应用程序。
（1）流水线技术
流水线技术：也就是将一个任务分解成为多个连续的 子任务，在处理前一个子任务的同时就开始准备下一 个子任务的数据并进行子处理器单元的初始化。
Add Sub Cmp 取指 译码 取指 执行add 译码 执行sub
取指
译码
执行cmp
时间
（2） 超标量执行
超标量执行：就是在处理器内部设臵多个平行的处理 单元，将多个相互无关的任务在这些处理部件中分别 进行独立处理。
高 数据 速 CACHE 缓 存 地址 控 制 数据 器
CPU
主存
通常用静态RAM来设计
因此，速度快但比较贵
通常和处理器同在一个芯片上 高速缓存的操作方式:
要求对主存储器进行访问
(读或写)
首先，检查高速缓存是否有相应的拷贝 如果有，称为高速缓存命中——拷贝在缓存中，可
以快速访问
501
10
...
（2）译码
解释指令，决定指令的执行意义
处理器 控制/状态 控制器 寄存器 PC→100 IR load R0, M[500] R0 I/O 存储器 500 501 10 ...
控制单元
数据通道 数字逻辑单元
R1
100 101
102
load R0, M[500] inc R1, R0 store M[501], R1
冯· 诺依曼体系结构和哈佛体系结构
CISC与RISC 影响CPU性能的因素 存储器系统
典型嵌入式系统基本组成－硬件
电源 模块
外围电路
Flash
微处理器
时钟 RAM
MPU
复位 ROM
外设
USB LCD Keyboard Other
1. 微处理器结构
典型的微处理器由控制单元、程序计数器（PC）、 指令寄存器（IR）、数据通道、存储器等组成
2.1.1 硬件层
嵌入式系统硬件通常指除被控对象之外的嵌入式 系统要完成其功能所具备的各种设备，由嵌入式处理 器、存储器系统、通用设备接口（A/D、D/A、I/O等 ）和一些扩展外设组成。
嵌入式系统的硬件层是以嵌入式处理器为核心的 接口或设备
嵌入式系统外设是指为了实现系统功能而设计或提供的
2.1 嵌入式系统的总体结构
硬件驱动程序 系统启动 代码 具体硬件初 始化程序
硬
件
主要包括系统初始化和设备驱动程序
系统初始化
（1）片级初始化：主要完成CPU的初始化，包括设臵CPU的核 心寄存器和控制寄存器，CPU核心工作模式以及CPU的局部 总线模式等。 （2）板级初始化：完成CPU以外的其它硬件设备的初始化。除 此之外，还要设臵某些软件的数据结构和参数，为随后的系统 级初始化和应用程序的运行建立硬件和软件环境。 （3）系统级初始化：这是一个以软件初始化为主的过程，主要 是进行操作系统初始化。
存储器 指令寄存器 控制器 地址/数据 程序 指令0 指令1 指令2 指令3 指令4 数据 数据0 数据1 数据2
输 输 入 中央处理器出
数据通道
冯· 诺依曼体系结构模型
3.微处理器的结构体系
哈佛结构是一种将程 序指令存储和数据存储分 开的存储器结构，目的是 为了减轻程序运行时的访 存瓶颈。哈佛结构的微处 理器通常具有较高的执行 效率。
地 址 程序存 储器 指令0 指令1 指令2
指令寄存 器
控制器
指 令
如ARM9、TI的DSP等
数据 输 通道 输 出 入 中央处 理器
地 址
数据存储 器
数 据
数据0 数据1 数据2
哈佛体系结构
3.微处理器的结构体系
按指令类型可分为：复杂指令集（CISC）处理器和精简 指令集（RISC）处理器
CISC：复杂指令集（Complex Instruction Set Computer） 具有大量的指令和寻址方式，那么就需要更多的解释器。 8/2原则：80%的程序只使用20%的指令 大多数程序只使用少量的指令就能够运行。
嵌入式系统原理及应用
第二讲 嵌入式系统的基础知识
本章提要
1
嵌入式系统总体结构
2
嵌入式系统硬件基础 嵌入式系统软件基础
3
4
嵌入式系统中断管理与系统启动
嵌入式系统组成
驱动器 1 驱动器 2 ...... 驱动器 N
机械装置 被控对象 功能层 软件层 中间层
文件系统
传感器 1 传感器 2 ...... 传感器 N
（1）取指
处理器从程序存储器中取出指令
处理器 控制/状态 控制器 寄存器 PC→100 IR load R0, M[500] load R0, M[500] inc R1, R0 store M[501], R1 R0 I/O R1
控制单元
数据通道 数字逻辑单元
100 101 102
存储器
500
在一些微处理器上，如ARM系列处理器、DSP等，
指令实现流水线作业，指令过程按流水线的数目来 进行划分。如5级流水线的处理器将指令分5个阶段 执行。
3.微处理器的结构体系